Способ термической обработки сталей аустенитно мартенситного класса

(51)М. Кд.л 22) Заявлено 140977 (21) 2523369/22-02 С 21 0 1/78 С,21 П 6/00 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР но делам изобретений и отирытнй(53) УДК 621, 785,.79(088,8) Дата опубликования описания 30,0680(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНО-МАРТЕНСИТНОГО КЛАССАИзобретение относится к черной металлургии, в частности к способамтермообработки сталей аустеиитно-.мартенситного класса.Производственные плавки стали 5обычно содержат не меньше 1,5 -2,0 см/100 г водорода, что достаточно для заметного повышения хрупкости.Главной причиной гопадания водородав металл являются шихтовые материалы 10и среда, в которой производится выплавка стали.Содержание водорода до количеств,не влияющих на механические свойства, можно снизить только путем вакуумирования в ковше или при разливке.Повышенное содержание водорода встали вызывает снижение пластичностиматериала центральных зон крупных поковок и дажеприводит к образованиютрещин (флокенов). Стали, содержащиенедостаточное для образования флокенов количество водорода, при охлаждении после прокатки или ковки могут 25обнаруживать дефекты, подобные флокенам в самом процессе испытания наразрыв (1),Причиной образования флокенов рас.тяжения, снижающих пластичность при Зо разрыве, является диффуэионно-подвижный водород,Десорбция водорода нэ стали вызывает исчезновение флокенов растяжения в изломах образцов и полностью.восстанавливает пластичность материала (2 .Из образцов небольшого сечеиия,охлажденных медленно в печи или навоздухе, растворенный при высокойтемпературе водород устраняется почти полностью до значений, соответствующих весьма малой растворимости.Скорость выделения водорода изстали при 20 С зависит от структуры,состава стали и размеров заготовки.Выделение водорода из аустенитаопри +20 С практически не происходит.Из мартенситной и бейнитной структуры водород выделяется весьмамедленно. Наибольшая скорость выделения водорода наблюдается у сталей со структурой сорбита и перлита, чем большев стали хрома и кремния, тем меньшескорость выделения водорода-при+2ф С,Нержавеющие стали переходного(аустенитно-мартенситного) класса,например ст. ВНС(1 Х+5 Н 4 АМЭ) могутиметь значительное количество (6 --10 см /100 г) диффузионно-подвижноговодорода металлургического происхождения, попадающего из шлака в металлв процессе электрошлакового переплавачто вызывает хрупкость металла в термоупрочненном состоянии, котораяпроявляется в пониженном значениисужения площади поперечного сужения,(Р) в связи с образованием флокеноврастяжения и в склонности стали кзамедленному разрушению.Удаление водорода путем вакуумного переплава ст. ВНСне представляется возможным иэ-за наличия в ста-ли в качестве легируюцего элементаазота, а применение обычного диффузионного отжига, проводимого при максимальной температуре существованияс(-фазы для сталей перлитного и мартенситного классов неэффективно длясталей переходного класса в связи сналичием большого количества остаточ ного аустенита.Иэвестен способ термообработкисталей аустенитно-мартенситного класса по которому для повышения пластичностИ термически упрочненной стали,имеющей повышенное содержание водорода, перед упрочняющей термообработкой производят многократный нагревдо температуры карбидообразования900-590 С охлаждением после каждойступени до температуры окончания мартенситного преврацения, а затем осуществляют обеэводороживающий нагревдо температуры на 40-80 С ниже температуры начала обратного преврацениямартенсита в аустенит (3).Многократный нагрев в интервалетемператур карбидообразования приводит к уменьшению количества ликвацион"ных полос аустенита, затрудняющих,десорбцию диффузионно-подвижного (атомарного) водорода, а последующийобеэводороживающий нагревпри температуре ниже начала обратного превращения мартенсита в аустенит обеспечивает десорбцию водорода без получения в процессе длительного обеэводоРожйваюцего нагрева в зонах бывшихликвационных полос аустенита обратного перехода, (б б T ), что способст-вует повышению эффекта обезводороживания и восстановлению пластичностистали в термически-упрочненном состоя, нии,В то же время для повышения эффективности и сокрацения длительности процесса дЕгазации водорода, обезводороживаюций нагрев должен осущест:вляться в минимально возможных сечениях, т.е. практически в полностью механообработанных (готовых) деталях.В соответствии с приведенным примером обеспечение смягчения стени Внспод -механообраббгну и вонмон- " нссть обеэводороживания в готовых деталях достигается применением в качестве последней карбидбобраэуюцейступени нагрева при 660 С.Использование в качестве последней ступени нагрева при 660 С вызвано необходимостью преодоления существующей трудности смягчения стали,особенно при больших сечениях заготовок, имеющей после предпоследнейступени (890 С очень высокую твердость (Нйс - 39-42), обусловленнуюсоответственно высокой легированностью твердого раствора.Требуемое смягчение при 660 С длястали, имеющей после 890 С высокуютвердость, достигается в основном эа 5счет получения значительного количестна стабилизированного аустенита(20-30), образующегося в результатепротекания при 660 С процесса обратно.го преврацения мартенсита в аустенит.Стабилизация аустенита при 660 С, 20 находяцейся внутри интервала температур обратного превращения мартенситав,аустенит (при двухчасовой выдержкетемпература начала обратного превраоцения Ан ,575 С, а температура 25 окончания обратного превращенияАкм р-: 780-790 рС), связана с одно.временным существованием с( ифаэ и обогащением полученной за счетобратного превращения "-фазы (аустенита) никелем (и другими элементами,снижаюцими температуру мартенситногопревращения) из исходной б-фазы(мартенсита)до определенного (критического) содержания, снижающего точку Мн полученного аустенита ( 20 С.Наличие в структуре стали стабиолизированного при 660 С аустенита,обеспечивающего необходимое смягчение стали под механообработку, значительно снижает эффект последующего 40 обеэводороживания механообработанныхдеталей. Цель изобретения - повышение эффективности обезводороживания за счет уменьшения количества аустенита и смягчения стали под механическую обработку.Достигают это тем, что многократный нагрев при температуре карбидообразования следует производить С верхнего интервала температур, лежащего на 120-150 с выше температуры окончания обратного мартенситного превращения, путем последовательного снижения температуры каждого последующего нагрева на 50-150 фС вплоть до температуры, соответствующей температуре окончания обратного мартен- ситного превращения (т.е. выше температуры существования 2-фазной области а+у ), а перед обеэводороживающим нагревом необходимо производить дополнительный дестабилизирующий нагрев при температуре ниже температуры начала обратного мартенситного превращения с выдержкой 2-10 ч,По предлагаемому сПособмногократный нагрев стали 1 Х 15 МЧАМЗ осуществляют в интервале 930-780 С, а дестабилизирующий отпуск при 540 580 фС.Применение последовательного снижения температуры кароидообразующего нагрева в однофазной области существования аустенита обеспечивает одновременно интенсификацию процесса карбидообразования, более полную деста- билизацию аустенита и уменьшение исходной ликвационной неоднородности в виде аустенитных полос, а окончание процесса карбидообразования при минимальной температуре существования чисто аустенитной структуры (соответствующей температуре окончания обратного превращения мартенсита в аустенит при нагреве снизу) способствует максимальному обеднению твердого раствора легирующими элементами и 2 минимальному значению твердости стали в закаленном состоянии (НН 34-36) беэ образования стабилизированного аустенита.Применение последующего дополни тельного дестабилизирующего нагрева при 540-580 С 2-10 ч приводит к доополнительному смягчению закаленной стали эа счет высокого отпуска предварительного обедненного легирующи ми элементами мартенсита, что обеспечивает необходимый уровень смягчения стали (ННс33) под механообработку Резанием,беэ стабилизации аустенита. 35Одновременно в результате карбидообразования при 540-570 С происходит дестабилизация и дополнительное уменьшение количества остаточного аустениФ та, полученного на последней ступени карбидообразующего нагрева, и, следовательно обеспечивается наиболее благоприятное структурное состояние стали перед обеэводороживающимнагре. вом.Пример выполнения термообработки/ЬИСпо предлагаемому способу с минимальным количеством ступеней: наГрев до 890-930 фС, 5-15 ч, охлаждение на воздухе,до комнатной температуры; яагрев до 780-790 С, 5-20 ч, охлаждение на воздухе до комнатной температуры) нагрев до 540-580 С, 2-10 ч, охлаждение до комнатной температуры; механообработка (изготовление деталей); обезводороживающий нагрев при 520 С, 10-20 ч; упрочняющая термообрабртка на бг 160 кг/мм" или на бр 150, кг/мм (аустениэация с 1070 С + обработка холодом - 70 С, 6-8 ч, старение при 200 С или 350 С в течение 1-3 ч, охлаждение на воздухе) . Сравнительные данные по эффектив"ности предварительной термообработки на свойства стали ВНСпо известному и предлагаемому способам приведены в таблице,Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность обеэводороживания, обеспечить более полное удаление диффузионноподвижного водородапри одновременном сокращении циклаобработки 1(уменьшение ступеней и времени нагрева в области карбидообраэования) и обеспечить более высокуюэксплуатационную надежность деталей,работающих под действием длительноприложенных напряжений,Д 1 ни о оо же ж а се ж я ажф 01 ж а аж Офж д,ф О Оа но е уо йо ожи ежо х ж н ф о 1 ж а ж д ж Э Э а% эж аа Ю И фсо асо й е р,а Е 1 1 л 1ооофл110 фс1 с аФ ал л( о О с ,о О а л Ю.жн н ФОООНоежжжвж 1 1 а 6 ОО 3 ооо о д цэ 3 д М нжо оса ахо онц доо Оад 1ооса ат 3 а Ос фь ф л л (чГссффоО 1 л1омсО 1 лол 1ооса0 фщ1ог- мО лл л1.Л Осолм м 1оосаосУ1оосс амалгиО мсл чм мхоор фО Оа а д 1о с с О 1 м с а Ха Вф с Ц ода Оо о до ф Ф г. а" аьф О ф О О, о фд Ха Ха у Ц сЦ "Ц ЯОЯОф Оо ОО О до до фф Ф 11 ж ЭдОх дцон цф о фен жо еажоэ дражад а жО,с Эдо нЯа 3 оО ж жок а маея д гЭ жтоф -Ц жж х,ц; ,"8додОжфасафИоосеужоцжфМЙЭцоацо веожа иж оо жа юЯйбалд с жЭо На ооЕ Рож оХ-Р,ж жейшвах ид 3 охнд оОЕО 1 Но -ж до ож 1:ос -жц кфсо оо жСоставитель Г. ШевченкоРедактор А. Соловьева Техред и, БабуркакоРРЭктор Е. Папп Тираж 608 Йодйисное" ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Заказ 3644/2 филиал ппп фпатентф, г.Ужгород, ул, проектная, 4 1Ф9 -, 74404Формула изобретеийя" .1.Способ тефмнческой обработки сталей аустенитно-мартенситного класса,включающий предаествующий аустениэации многократный нагрев до температуры карбидообразования с охлаждением после каждой стуйениннже тем- пературы конца мартенситн 1 го превращения и последующий обезводорожнвающий нагрев до температуры на 40-80 С ниже температуры обратного мартен" ситного превращения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьзаения эффективности обезводороживания за счет уменьшения количества аустенита и смягчения стали под механическую обработку, многократный нагрев до температуры карбндообразожания осуществляют в интервале, лежащем на 120-150 С вьаае температуры конца обратного мартенситиого превращения до температуры конца этого превраще 1 10ния, с понижением тЕмпературы каждо-.го йоследующего негрева на 50-150 фС,а перед обеэводороживающнм нагревомпроизводят дополнительно дестабилизирующий отпуск при температуре нижетемпературы наМала обратного мартенситного превращения с выдержкой 210 ч.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что многократный нагрев стали 1 Х 15 М 4 АМЗ осуществляют винтервале 930-780 фС, а дестабилиэиРующий отпуск при 540 580 фС.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гудремон Э. Специальные стали,Металлургия, т. 2, М., 1966,с. 11592. Металловедение и термическаяобработкаметаллов, 1970, Ю 7,. с. 67.3Авторское свидетельство СССРВ 411138, кл. С 21 О б/00 ф 1971.